機(jī)組勵(lì)磁變故障原因分析和防范措施

孫富根，陳海軍

（1.漢江集團(tuán)公司電廠，湖北 丹江口 442700 ；2.漢江王甫洲水力發(fā)電公司，湖北 老河口 441800）

1 電廠概況

電廠位于南水北調(diào)中線水源，地湖北省丹江口市境內(nèi)的漢江干流上，裝有6臺(tái)150 MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量900 MW，是我國(guó)上世紀(jì)60年代投產(chǎn)的大型水力發(fā)電廠之一。樞紐初期工程總庫(kù)容209億m3，南水北調(diào)工程實(shí)施后，總庫(kù)容將達(dá)290億m3。電廠具有良好的可調(diào)節(jié)性能，是電網(wǎng)的重要調(diào)頻、調(diào)峰和事故備用廠。

2 水輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行情況

2000年9月，該電廠計(jì)劃將運(yùn)行超過30年的6臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組原裝的同軸直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)更換為靜止可控硅自并激勵(lì)磁系統(tǒng)。2001年11月，改造后的2號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)首次投入運(yùn)行，該套靜止可控硅自并激勵(lì)磁系統(tǒng)由南瑞電氣控制公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、選型、安裝和調(diào)試，其中，勵(lì)磁變主要參數(shù)見表1。

表1 勵(lì)磁變主要參數(shù)

新的靜止可控硅自并激勵(lì)磁系統(tǒng)投運(yùn)后，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)工作量小，建壓迅速，對(duì)提高電廠設(shè)備的健康水平和自動(dòng)化水平起到很大的促進(jìn)作用。截止2009年6月的故障，整套系統(tǒng)只發(fā)生過一次整流柜可控硅散熱管損壞故障，未影響機(jī)組正常運(yùn)行。

3 故障發(fā)生經(jīng)過及應(yīng)急處理

3.1 故障發(fā)生經(jīng)過

2009-06-13，2號(hào)機(jī)正常并網(wǎng)運(yùn)行，帶有功149 MW，無功81 MVar。10:32，監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)：“2號(hào)勵(lì)磁變保護(hù)跳閘動(dòng)作，2號(hào)機(jī)出口丹02分，2號(hào)機(jī)事故停機(jī)”。事故一覽有：“2F勵(lì)磁變保護(hù)跳閘動(dòng)作，2F勵(lì)磁(B柜)消失”。值班人員觀察2號(hào)機(jī)與系統(tǒng)解列停機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查勵(lì)磁變保護(hù)(勵(lì)磁變單獨(dú)配置一套保護(hù)裝置)顯示：勵(lì)磁變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，B相差流6.5 A；對(duì)勵(lì)磁變進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)明顯故障和煙霧，只是在B，C相線圈上部低壓引出線銅板有煙霧熏黑的痕跡，B相下部鐵心上落有溶化的銅渣。

3.2 故障檢查經(jīng)過

研究決定2號(hào)機(jī)解備，重點(diǎn)進(jìn)行勵(lì)磁變檢查。運(yùn)行人員用1 000 V搖表測(cè)2號(hào)機(jī)勵(lì)磁變低壓側(cè)對(duì)地絕緣0.2 MΩ。高低壓與發(fā)電機(jī)解開后用2 500 V搖表測(cè)對(duì)地絕緣為50 MΩ，定子絕緣吸收比：25 MΩ/5 MΩ,轉(zhuǎn)子回路絕緣：100 MΩ。通過檢查，初步確定勵(lì)磁變本身有故障，機(jī)組其他部位正常。為進(jìn)一步確認(rèn)故障點(diǎn)，檢修人員將勵(lì)磁變高低壓側(cè)解引后進(jìn)行了試驗(yàn)檢測(cè)，結(jié)果見表2，表3。

表2 直流電阻檢測(cè)結(jié)果

表3 絕緣電阻檢測(cè)結(jié)果

通過雙臂電橋檢測(cè)的直流電阻數(shù)據(jù)和兆歐表檢測(cè)的絕緣電阻數(shù)據(jù)看，高壓測(cè)B相線圈直流電阻值明顯偏大，兆歐表檢測(cè)反映勵(lì)磁變低壓側(cè)絕緣偏低。綜合以上現(xiàn)象及保護(hù)動(dòng)作情況推斷：高壓側(cè)B相發(fā)生過匝間短路故障，導(dǎo)致B相線圈存在開路現(xiàn)象，低壓側(cè)絕緣偏低可能是由高壓側(cè)線圈發(fā)生短路后噴出的高溫溶化的銅渣等附著物造成。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員研究后，初步斷定勵(lì)磁變已損壞不能使用。

4 故障原因分析

2號(hào)機(jī)勵(lì)磁變故障后，勵(lì)磁變返廠進(jìn)行解剖分析，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁變B相高壓線圈發(fā)生匝間短路故障，線圈風(fēng)道內(nèi)壁燒損。其它各相線圈及鐵心無損傷，各相試驗(yàn)合格，可以繼續(xù)使用。

通過廠家提供的資料，2號(hào)機(jī)勵(lì)磁變出廠時(shí)經(jīng)過嚴(yán)格的檢測(cè)，局部放電量為5pc，基本可以確認(rèn)內(nèi)部無隱患，完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)的20～30年的使用壽命。2號(hào)機(jī)勵(lì)磁變投運(yùn)近8年，按照故障 “浴盆曲線”理論，已進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期，發(fā)生此類故障，廠家認(rèn)為原因很難判斷，無法給出合理的解釋。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來看，電廠處在鄂豫兩省交界處，是地區(qū)電網(wǎng)的重要電壓支撐點(diǎn)，新的勵(lì)磁系統(tǒng)投運(yùn)后，2號(hào)機(jī)運(yùn)行期間一直是系統(tǒng)的無功主要來源，長(zhǎng)期帶80 MVar～100 MVar無功運(yùn)行，勵(lì)磁變基本處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，夏季運(yùn)行最高溫度基本在90 ℃～100 ℃。勵(lì)磁變采用自然冷卻，周圍通風(fēng)條件較差，2號(hào)勵(lì)磁變故障后對(duì)其它運(yùn)行中的勵(lì)磁變運(yùn)行溫度進(jìn)行了紅外測(cè)溫，最高溫度達(dá)到118℃，而勵(lì)磁變溫控器顯示溫度在92 ℃左右，兩者相差26 ℃之多。即使這樣，與勵(lì)磁變?cè)试S100 K溫升來看，溫度高可能加速其絕緣老化，但不是勵(lì)磁變損壞的直接原因。勵(lì)磁變發(fā)生故障時(shí)，正值4號(hào)發(fā)電機(jī)改造定位筋安裝階段，期間因焊刨在廠房?jī)?nèi)產(chǎn)生大量粉塵，使勵(lì)磁變運(yùn)行環(huán)境受到一定影響，但沒有證據(jù)證實(shí)其會(huì)造成勵(lì)磁變損壞。

綜合以上情況，勵(lì)磁變?cè)验g短路主要是內(nèi)部原因造成，在生產(chǎn)過程中可能存在工藝上的缺陷，只是現(xiàn)有檢測(cè)方法無法發(fā)現(xiàn)，加之長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中，可能遭受雷擊過電壓、系統(tǒng)操作過電壓、勵(lì)磁整流諧波、運(yùn)行溫度過高等多重不利因素的影響，最終導(dǎo)致其薄弱環(huán)節(jié)絕緣老化擊穿損壞。

5 故障經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及防范措施

電廠2號(hào)機(jī)勵(lì)磁變故障發(fā)生時(shí)，水庫(kù)水位較高，面臨棄水，幸好有未安裝的4號(hào)機(jī)勵(lì)磁變可供更換，否則，造成的損失可能以千萬元計(jì)。因此，決定將修復(fù)后的勵(lì)磁變作為全廠備用勵(lì)磁變，并對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)重要備品備件進(jìn)行梳理，根據(jù)其重要性和采購(gòu)難易程度進(jìn)行分類，并在采購(gòu)計(jì)劃中進(jìn)行安排，以防不測(cè)。

在對(duì)勵(lì)磁變運(yùn)行環(huán)境改善方面，給沒有風(fēng)機(jī)冷卻的勵(lì)磁變暫時(shí)外加臨時(shí)軸流風(fēng)機(jī)，使其運(yùn)行溫度由90 ℃以上降為70 ℃左右，減緩其絕緣老化的速度。待時(shí)機(jī)成熟時(shí)并全部加裝內(nèi)置冷卻風(fēng)機(jī)。

日常巡回檢查中，加強(qiáng)勵(lì)磁變各部位運(yùn)行情況監(jiān)視，每年的預(yù)防性試驗(yàn)，要嚴(yán)格按照規(guī)程要求，進(jìn)行認(rèn)真檢測(cè)和清掃，做到有問題早發(fā)現(xiàn)，早解決。